Longitud de los enlaces de hidrógeno
Los enlaces iónicos y covalentes entre elementos requieren energía para romperse. Los enlaces iónicos no son tan fuertes como los covalentes, lo que determina su comportamiento en los sistemas biológicos. Sin embargo, no todos los enlaces son iónicos o covalentes. También pueden formarse enlaces más débiles entre las moléculas. Dos enlaces débiles que se producen con frecuencia son los enlaces de hidrógeno y las interacciones de Van der Waals.
Figura \ (\PageIndex{1}): Enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua: El lado ligeramente negativo del oxígeno de la molécula de agua y el lado ligeramente positivo del hidrógeno de la molécula de agua se atraen mutuamente y forman un enlace de hidrógeno.
Los enlaces de hidrógeno proporcionan muchas de las propiedades críticas y vitales del agua y también estabilizan las estructuras de las proteínas y el ADN, los componentes básicos de las células. Cuando se forman enlaces covalentes polares que contienen hidrógeno, el hidrógeno de ese enlace tiene una carga ligeramente positiva porque el único electrón del hidrógeno es atraído con más fuerza hacia el otro elemento y se aleja del hidrógeno. Como el hidrógeno es ligeramente positivo, será atraído por las cargas negativas vecinas. Cuando esto ocurre, se produce una interacción entre la carga δ+ del hidrógeno de una molécula y la carga δ- de los átomos más electronegativos de otra molécula, normalmente oxígeno o nitrógeno, o dentro de la misma molécula. Esta interacción se denomina enlace de hidrógeno. Este tipo de enlace es común y se produce regularmente entre las moléculas de agua. Los enlaces de hidrógeno individuales son débiles y se rompen fácilmente; sin embargo, se producen en un número muy grande en el agua y en los polímeros orgánicos, creando una fuerza importante en la combinación. Los enlaces de hidrógeno también son responsables de la unión de la doble hélice del ADN.
Tipos de fuerzas de Van der waals
Los polímeros de ingeniería incluyen materiales naturales como el caucho y materiales sintéticos como los plásticos y los elastómeros. Los polímeros son materiales muy útiles porque sus estructuras pueden alterarse y adaptarse para producir materiales 1) con una gama de propiedades mecánicas 2) en un amplio espectro de colores y 3) con diferentes propiedades de transparencia.
Un polímero está compuesto por muchas moléculas simples que repiten unidades estructurales llamadas monómeros. Una sola molécula de polímero puede estar formada por cientos o un millón de monómeros y puede tener una estructura lineal, ramificada o en red. Los enlaces covalentes mantienen unidos los átomos de las moléculas de polímero y los enlaces secundarios mantienen unidos los grupos de cadenas de polímeros para formar el material polimérico. Los copolímeros son polímeros compuestos por dos o más tipos diferentes de monómeros.
Un polímero es un material orgánico y la columna vertebral de todo material orgánico es una cadena de átomos de carbono. El átomo de carbono tiene cuatro electrones en la capa exterior. Cada uno de estos electrones de valencia puede formar un enlace covalente con otro átomo de carbono o con un átomo extraño. La clave de la estructura de los polímeros es que dos átomos de carbono pueden tener hasta tres enlaces comunes y seguir enlazándose con otros átomos. Los elementos que se encuentran con más frecuencia en los polímeros y sus números de valencia son: H, F, Cl, Bf, e I con 1 electrón de valencia; O y S con 2 electrones de valencia; n con 3 electrones de valencia y C y Si con 4 electrones de valencia.
Longitud de enlace H2
El silicio (Si) es un candidato prometedor para los materiales de ánodos de alta capacidad debido a su elevada capacidad teórica (3579 mAh g-1), su baja tensión de trabajo y su amplia abundancia natural, aunque su enorme variación de volumen durante los procesos de carga/descarga siempre da lugar a una corta vida de ciclado. Los aglutinantes poliméricos desempeñan un papel fundamental en la mejora del rendimiento de los ciclos de los ánodos basados en el Si, aunque el difluoruro de polivinilideno tradicional no puede cumplir los requisitos debido a sus débiles fuerzas de Van der Waals con la superficie del Si. Recientemente, se han desarrollado aglutinantes poliméricos construidos mediante enlaces dinámicos, que permiten obtener electrodos de alta densidad energética con un rendimiento electroquímico mejorado. Gracias a los enlaces dinámicos, que incluyen enlaces de hidrógeno, enlaces iónicos e interacciones huésped-huésped, estos aglutinantes poliméricos poseen capacidades de autocuración y un rendimiento mecánico mejorado, logrando un enorme avance para abordar el desvanecimiento de la capacidad de los ánodos basados en Si. En este estudio, resumiremos los avances en la investigación de los aglutinantes poliméricos construidos con enlaces dinámicos, y también se discutirán los desafíos para sus aplicaciones reales en las baterías avanzadas de iones de litio.
Enlace de hidrógeno intramolecular
¡Importante! No tiene mucho sentido leer esta página a menos que esté razonablemente satisfecho con el origen del enlace de hidrógeno y las fuerzas de Van der Waals. Sigue primero estos enlaces si no estás seguro de ello.
Las moléculas están formadas por un número fijo de átomos unidos por enlaces covalentes, y pueden ser desde muy pequeñas (hasta átomos individuales, como en los gases nobles) hasta muy grandes (como en los polímeros, las proteínas o incluso el ADN).
Los enlaces covalentes que mantienen unidas las moléculas son muy fuertes, pero estos son en gran medida irrelevantes para las propiedades físicas de la sustancia. Las propiedades físicas se rigen por las fuerzas intermoleculares, es decir, las fuerzas que atraen a una molécula hacia sus vecinas: las atracciones de Van der Waals o los enlaces de hidrógeno.
Las sustancias moleculares suelen ser gases, líquidos o sólidos de bajo punto de fusión, porque las fuerzas de atracción intermoleculares son comparativamente débiles. No es necesario romper ningún enlace covalente para fundir o hervir una sustancia molecular.
Nota: ¡Esto es realmente importante! Puedes quedar muy mal si insinúas en un examen que al hervir el agua, por ejemplo, la divides en hidrógeno y oxígeno rompiendo los enlaces covalentes. En el hielo, el agua y el vapor hay exactamente las mismas moléculas de agua.